DCS复习题

一、填空题：

1. 集散控制系统是以 微处理器 为基础的集中分散型控制系统。集散控制系统的主要特

点是 集中管理 和 分散控制 。

2. 集散控制系统基本构成由 分散过程控制装置 、 操作管理装置 、 通信系统 组成。

3. 分级递阶控制系统结构分为 多层结构 、 多级结构 、 多重结构 组成。 4. 开放系统的标志是 可移植性 、 可操作性 、 可适宜性 和 可用性 。 5. 常用的冗余方式有 同步运转方式 、 待机运转方式 、 后退运转方式 和 多级

操作方式 。

6. 现场总线可分为 执行器传感器现场总线 、 设备现场总线 和 全服务现场总线 。 7. 现场总线的特点是 开放性 、 智能化 、 互操作性 和 环境适应性 。 8. 保证互操作性的措施有 标准化 、 OPC技术 和 设备描述技术 等。

9. 集散控制系统的性能评估指标有 可靠性 、 易操作性 、 可组态性 、 可扩展

性 、 实时性 和 环境适应性、开放性和经济性 等。

10. 集散控制系统的可靠性指标有 可靠度 、 平均无故障时间MTBF 、 到发生故障

的平均时间MTTF和故障率 等。

11. 集散控制系统可靠性设计三准则是 系统运行不易发生故障的设计 、 系统运行不

受故障影响的设计 和 能迅速排除故障的设计 。

12. 集散控制系统的组态包括 系统组态 、 控制组态 和 画面组态 。 13. 功能模块按功能分类，通常可分为 、 、 、

和 等类。 输入、输出类功能模块、控制算法类功能模块、运算类功能模块、信号发生器类功能模块、转换类功能模块、信号选择和状态类功能模块 14. 趋势画面包括 实时趋势 和 历史趋势 两类。 15. 媒体存取控制指 节点 在向通信媒体 存 信息或从通信媒体 取 信息时的控

制规则。

16. 香农（Shannon）定理规定采样频率应 采样频率应不小于原系统最高频率的两倍 。 17. 软件滤波采用计算方法，常用软件滤波有 一阶低通滤波 、 一阶高通滤波 和 递推平均（加权）滤波 等。

18. 用计算机控制装置实现比值控制时，不计算 仪表比值系数 ，不进行 仪表系数的

转换 ，也没有K 大于 1等问题。

19. 与模拟控制算法比较，数字控制算法对积分算法的改进有 积分分离 和 削弱积分 等。 20. 顺序逻辑控制系统分为 时间顺序控制系统 、 逻辑顺序控制系统 和 条件顺序

控制系统 三种。

21. 现场总线设备的模块分为三种类型，即 资源模块 、 转换器模块 和 功能模块。 22. 功能模块参数的计算包括 设定值计算 、 输出计算 和 反馈回路中的输出计算等。 23. 功能图描述符号Δ、>、≮和I/P分别表示 差 、 大于 、 下限限幅 和 电

信号转换为气信号 等。

24. 过程检测和控制流程图用文字符号中，TRC-210、FO-103、LIC-101、PT-104分别表示

温度记录控制功能、 流量计算器 、 液位指示控制器 和 压力变送器 功能。 25. 等电位连接的目的是 减小信息设备之间和信息设备与金属部件之间的电位差 。 26. 抗电磁干扰措施主要有 屏蔽 、 滤波 、 接地 和 合理布线和选择电线 等。 27. 常用的集散控制系统评估方法有 偏离表法 和 矩阵表法 。

28. 集散控制系统的操作方式分为 仪表盘操作方式 和 显示屏操作方式 。 29. 组态软件由 系统开发环境 和 系统运行环境 两大部分组成。

30. 集散控制系统对人机交互系统的要求是 实时性 、 易操作性 、 灵活性 和 可

靠性和安全性 等。

31. 集散控制系统的组态包括 硬件组态 和 软件组态 。 32. 报警处理的操作包括 确认 和 消声 操作。

33. 数据库管理系统是 对数据库内数据进行存储和管理 的软件系统。它的主要功能有

数据描述 、 数据操纵 、 数据库的保护 和 数据库建立和维护 。 34. 从逻辑功能看，计算机网络分为 资源子网 和 通信子网 。

35. 通信链路传输二进制数据分 并行传输 和 串行 传输，串行传输又分 同步传输

和 异步 传输两类。

36. 常用的通信传输媒体有 双绞线 、 同轴电缆 和 光缆

37. 常用的通信交换技术有 电路交换 、 报文交换 和 分组交换和快速分组交换 等。 38. 差错控制中， 只能检测错误不能纠正差错 的抗干扰编码称为检错码， 具有自动纠

正差错功能 的抗干扰编码称为纠错码。常用的校验码为 奇偶校验码 、 纵向冗余校验码 和 循环冗余校验码 等，集散控制系统提出采用 循环冗余校验码 。 39. 集散控制系统的控制网络具有 实时性好 、 动态响应快 、 可靠性高 和 适应

恶劣的工业现场环境、开放系统互连和互操作性 特点。

40. OPC规范为OPC服务器规定 客户接口 和 自动化接口 两种接口。 41. EIA-485标准特点是用 平衡驱动差分 电路，接收器输入电压是 输入导

线上电压 之差。它适用于 多站点 互连。最多可挂接 32 个站点。

42. 以太网物理层采用 50 Ω基带同轴电缆作为通信媒体。数据传输速率是 10Mbps。 43. TCP连接包括三个状态： 连接建立 、 数据传送 和 连接终止 。 44. 现场总线控制系统中，用模块实现工程应用。每个模块由 资源模块 、 转换器模 和

功能模块 。

二、名词解释(每小题4分，共16分)

1 分散控制：分散控制是集散控制系统的重要特点之一，分散是针对管理的集中而言，它可以弥补集中控制可靠性差的缺点。

2 蓝牙技术：一种无线数据与通信的开放性标准，工作在2.4GHz频段使用跳频扩频技术。

3 现场总线设备：是指组成现场总线控制系统的内置微处理器，具有数字计算、数字通信功能的设备。 4 输入输出卡件：是集散控制系统的输入输出装置，是连接控制器与仪表的桥梁。 5 MTBF：平均无故障时间，指可维修设备或者系统相临故障间的平均工作时间。 6 MTTF：到发生故障的平均时间，指不可维修的设备或者系统到发生故障为止的平均工作时间。

7 操作透明度：指生产过程的操作信息是否清晰地为操作员所接受和理解，并被应用于生产过程操作中的能力。

8 组态：用集散控制系统本身所提供的功能模块或控制算法组成所需的系统结构，完成所需的功能。 9 总线型网络结构：网络基本拓扑结构的一种，设有中继节点，各节点共享信道。 10 环形网络结构：网络基本拓扑结构的一种，各节点在物理上组成一个环形。 11主从网络结构：网络基本拓扑结构的一种，主节点分别连接多个从节点，因此又叫星形网络。

12 人机交互：人与计算机之间使用某种语言，以一定的方式完成确定任务的人

机之间的信息交换过程。

13 流量控制：一种限制网络访问机制，用来确保接收方不会发生数据溢出。 14 集散控制系统：以为微处理器为基础的集中分散型控制系统，是一类分散控制、集中管理的计算机控制系统。

15 OPC技术：实现第三方软件和控制设备无缝集成的技术。

16 串级控制系统：最常用的复杂控制系统，使用两个控制器串，主控制器输出直接接副控制器的输入。 17 现场总线

（1）是在过程自动化和制造自动化中，实现智能化现场设备与高层设备之间互连的，全数字、串行、双向传输的、多分支结构的通信系统。

（2）用于过程控制现场仪表与控制室之间的一个标准的、开放的、双向的多站数字通信系统。

三、简述题（每小题6分，共24分） 1集散控制系统的优点 与模拟电动仪表系统比较，它具有连接方便、采用软连接方法使控制策略更容易更改容易、显示方式灵活、显示内容多样、数据存储量大等优点；与计算机集中控制比较，它具有操作监督方便、危险分散、功能分散等优点。 2 分散过程控制装置的功能及特点

是集散控制系统与成产过程的接口，简称过程界面。

主要特点：独立性和可靠性强、分散控制，控制见监视分离、环境适应性强、实时性强。

3 集中操作和管理系统的功能和特点

是人机界面，它集中各分散过程控制装置的信息，通过监视和操作，把操作命令下达各分散过程控制装置。

特点：信息量大、具有很好的易操作性、容错性好，具有良好的人机界面。 4 在集散控制中，分散控制结构表现在哪些方面？ 功能的分散，组织人事分散，地域分散，负荷的分散。 5 整体式分散过程控制装置的特点

操作和控制功能合一，以回路控制器的形式为主，比如单/多回路控制器，可编程控制器等，常用于中小规模的应用。 6 分离式分散过程控制装置的特点

分离式分散过程控制装置通常由多回路控制器和多回路操作器组成，二者是分离的，操作一般通过操作站的显示屏来进行。可进行降级控制操作，常用于大规模应用。

7 试述可靠性的定义，并说明广义可靠性和狭义可靠性的区别

可靠性指机器、零件或者系统，在规定的工作条件下，在规定时间内具有正常工作性能的能力。狭义可靠性指一次性的机器、零件或者系统的使用寿命；广义可靠性指可修复的机器、零件或者系统，在使用中不发生故障，一旦发生故障又易修复，使之具有正常使用的性能。因此广义可靠性包含了可维修性，集散控制系统的可靠性是广义可靠性。

8 集散控制系统中通常对哪些部件要采用冗余结构？

供电系统的冗余；过程控制装置的冗余；现场总线链路设备的冗余；通信系统冗余；操作站的冗余；输入/输出卡件的冗余；检测执行仪表的冗余；上位机冗

余。

9 集散控制系统的可扩展性主要变现在哪里？

空间上扩展：例如机架或者机柜内有足够空间增加输入输出卡件。 设备的扩展：设备组成的通信网要易于增加或者删除设备。

通信网络的扩展：系统的通信网可随着生产的发展或联网的要求而扩展延伸。 全开放的结构：允许其他厂商的集散控制系统与其通信。 10简述数字滤波常用的方法

程序判别滤波，递推平均滤波，加权递推平均滤波，一阶低通滤波，一阶高通滤波，二阶滤波，中值滤波等等。

11 集散控制系统实现前馈控制系统时，为什么可以不设置偏置值？

集散控制或者计算机控制时，由于积分作用，PID算法的初始输出可以抵消静态时的前馈控制信号，因此增量算法可以不设置偏置值。

12 现场总线控制系统中，要实现一个单回路控制至少要哪些现场总线设备？现场总线设备内应含有哪些功能模块？

必须的设备：智能输入输出设备和显示控制设备

包含的功能模块：AI功能模块，AO功能模块，PID功能模块 13集散控制系统设计时，对接地电阻有什么要求？

集散控制系统的接地电阻要求为：直流电路≤1欧；安全保护接地电阻和交流工作地电阻≤4欧；防雷保护接地电阻≤10欧。 14 集散控制系统主要的电磁干扰源有哪些？

传导，静电，电磁，信号线耦合，接地不当，连接电势等 15 在功能图设计中，图形符号的相切表示什么？

含义有二：其一，表示相连仪表之间的通信，可通过硬接线或系统链或作为后备；其二，表示多功能仪表。 16集散系统的组态包括哪些？

集散系统的组态包括系统组态、画面组态和控制组态。 系统组态完成组成系统的各设备间的连接。 画面组态完成操作站的各种画面、画面间连接。

控制组态完成各控制器、过程控制装置的控制结构连接、参数设置等 17 ISO/OSI参考模型分哪些层？应用层，表示层，会话层，传输层，网络层，数据链路层，物理层

18 ISA SP100规范将自动化应用分为几类，目前主要应用的是哪几类？

ISA SP100规范将自动化应用分为0—5共6类，目前主要应用的是3—5类。 19 以太网分为几层，物理层有什么功能？

以太网分为物理层、数据链路层和高层用户层三层，物理层主要完成：数据编码、发送同步和信号、载波检出和冲突检出、位传送和接收，并在数据真前加入64位的同步信息

20循环冗余码的工作原理

循环冗余码是最常用的差错控制编码，它具有很强的检错能力和一定纠错能力。编码规则是在数据单元后边附加一组称为循环冗余码比特，使组成的新的数据码元可以被一个预定的二进制数整除。接收端用同样的数去除收到的码元，如果没有余数则表示接收正确，如果有余数表示传输出错，根据余数可以纠正特定的传输错误。

四、设计分析题

1. 以下为一标准的DCS控制系统的模拟量数据处理过程，请对其数据处理

过程进行详细的分析说明。（15分）

2. 某原料加热自动控制系统如下图所示，请指出该控制系统的被控变量和控制变量。分析加热自动控制系统的控制流程，并画出该控制系统的控制框图。

加热媒质输入PID控制器温度传感器原料输入原料输出电磁阀热交换器加热媒质输出

3．绘制单回路控制系统的功能图，说明各组成部分的功能。绘制采用现场总线仪表实现单回路控制系统的组态图。

4．绘制串级控制系统的功能图，说明各组成部分的功能。

5．温度变送器输入量程是200-500℃，输出量程范围是4~20mA，模数转换精度是12位，计算温度是350℃时模数转换的输出。